一種基于空間電壓矢量的軟起動器特性分析及其優(yōu)化研究.pdf

1、交流異步電機是主要的工業(yè)動力源，但其直接起動時，起動電流達到額定電流的5~8倍，對電機自身和電網(wǎng)有不利的影響。調(diào)壓類軟起動器降低起動電流的效果不理想，周波離散變頻(Cycle-wave Discrete Variable Frequency，CDVF）軟起動器轉(zhuǎn)矩脈動較大，都未能很好地解決異步電機起動問題。因此，研究高性能的軟起動控制方式有利于異步電機更好地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
　　本課題在國家自然科學(xué)基金項目（51577110）的資

2、助下，以研究軟起動控制方式為目的，對空間電壓矢量變頻(Space Voltage Vector Variable Frequency，SVVF）軟起動器的控制原理和特性進行分析，并對其頻率切換過程進行優(yōu)化。本文主要工作總結(jié)如下：
　?。?）基于正弦供電的空間電壓矢量原理分析和分頻控制方法研究
　　針對交交變頻與交直交變頻中的空間電壓矢量理論的區(qū)別，根據(jù)三相晶閘管的導(dǎo)通特點，確定正弦供電下的6個基本空間電壓矢量瞬時函數(shù)，通過積

3、分運算得到其形成的理想磁鏈軌跡為近似于圓形的曲邊六邊形，證明基于正弦供電的空間電壓矢量原理適用于異步電機軟起動控制。根據(jù)該原理對SVVF軟起動器各級分頻的控制方法進行研究，并對CDVF控制的實際電壓導(dǎo)通波形進行分析，總結(jié)兩種控制的區(qū)別和聯(lián)系。
　?。?）SVVF軟起動器和CDVF軟起動器控制電壓諧波及諧波轉(zhuǎn)矩分析
　　通過對SVVF軟起動器和CDVF軟起動器控制電壓進行傅里葉分析，討論基波電壓的三相平衡性，將分析出的諧波含量

4、與轉(zhuǎn)矩特性曲線相結(jié)合，分析諧波轉(zhuǎn)矩的影響，結(jié)果表明兩種控制下的異步電機運行狀態(tài)主要由基波轉(zhuǎn)矩決定，但受諧波轉(zhuǎn)矩的干擾。通過兩種控制的對比發(fā)現(xiàn)，相對于CDVF控制，SVVF控制電壓諧波含量及諧波轉(zhuǎn)矩造成的脈動影響都有所下降。
　?。?）SVVF軟起動器與調(diào)壓軟起動器的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流對比分析
　　結(jié)合異步電機等效電路分析，繪制特性曲線，描述異步電機起動過程中的電磁轉(zhuǎn)矩和定子電流軌跡，主要將SVVF軟起動器工頻調(diào)壓階段與直接調(diào)

5、壓起動的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流進行對比分析，證明SVVF軟起動器相比于調(diào)壓軟起動器能提升起動轉(zhuǎn)矩，降低起動電流。
　　（4）SVVF軟起動器的頻率切換過程優(yōu)化和仿真驗證
　　針對 SVVF軟起動器變頻過程中出現(xiàn)的異步電機轉(zhuǎn)速大幅度振蕩和負轉(zhuǎn)矩問題，根據(jù)SVVF控制周期內(nèi)的矢量作用規(guī)律，對頻率切換時刻的選擇進行優(yōu)化，并且根據(jù)負載情況選取觸發(fā)角初值，以恒壓頻比原則選取觸發(fā)角終值，對觸發(fā)角的控制進行優(yōu)化。利用MATLAB對優(yōu)化方案進行

6、仿真驗證，仿真結(jié)果表明，優(yōu)化后，SVVF軟起動器控制的異步電機在頻率切換時刻，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)提升，無轉(zhuǎn)速突降和負轉(zhuǎn)矩，并且通過仿真對特性分析結(jié)果進行驗證，結(jié)果表明，在SVVF7、4分頻控制下的轉(zhuǎn)矩脈動影響比CDVF控制分別降低了約17％和11%，SVVF軟起動器控制下的異步電機起動電流比調(diào)壓軟起動器控制下降低了約21%。
　　搭建軟起動器實驗平臺進行測試，實驗結(jié)果表明：頻率切換過程優(yōu)化后， SVVF軟起動器變頻過程中異步電機轉(zhuǎn)速振蕩的幅